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Stromrichter mit dampf- oder gasgefüllten Entladungsstrecken und Saugtransformatoren
Die Erfindung bezieht sich auf Stromrichter, die zur Leistungsübertragung zwischen
einem Wechselstromnetz und einem Gleichstromnetz dienen oder zwischen zwei Wechselstromnetzen
mit verschiedener Frequenz oder mit verschiedenen Spannungen. In solchen Stromrichterkreisen,
bei denen zwei oder mehr Entladungsstrecken oder Gruppen von Entladungsstrecken
parallel arbeiten, besteht vielfach die Schwierigkeit, die Leistung gleichmäßig
auf die einzelnen Entladungsstrecken zu verteilen. Eine Ungleichmäßigkeit in der
Lastübernahme der verschiedenen Stromzweige kann beispielsweise durch verschiedenen
Spannungsabfall in den einzelnen Entladungsstrecken oder durch Verschiedenheften
der Zündcharakteristiken hervorgerufen werden. Wenn die Hauptentladungsstrecken
mit Initialzündung arbeiten, können auch die Charakteristiken der für die Zündung
benötigten zusätzlichen Entladungsstrecken verschieden sein; dies trägt ebenfalls
dazu bei, daß die Ströme in den verschiedenen Stromzweigen ungleich werden können.
Veränderungen in den elektrischen Eigenschaften der Phasenwicklungen der Transformatoren,
mit denen die Entladungsstrecken verbunden sind, können ebenfalls Ungleichmäßigkeiten
hervorrufen.
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In Stromrichteranlagen, bei denen mehrere Teilstromrichter über Transformatoren
parallel arbeiten, besteht auch die Tendenz, daß die einzelnen
Teilstromrichter
bei verschiedenen Belastungen des Stromrichters unter Umständen untereinander verschieden
hohe Belastungen aufweisen. Eine solche Ungleichmäßigkeit in der Belastung der einzelnen
Stromzweige verringert die Möglichkeiten, eine selbsttätige Spannungsregelung vorzusehen,
und erhöht die Rückzündungsgefahr besonders, wenn mit Hilfe der Steuerkreise eine
konstante Spannung eingeregelt werden soll.
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Es sind schon Anordnungen vorgeschlagen worden, um eine gleichmäßige
Stromverteilung auf die einzelnen Entladungsstrecken oder Gruppen von Entladungsstrecken
zu erreichen. Bei einigen dieser bekannten Anordnungen werden Induktivitäten in
Reihe mit den Transformatorwicklungen vorgesehen. Solche Anordnungen gestatten nur
die Korrektur für einen bestimmten Betriebsfall und geben keine selbsttätige Beeinflussung
bei verschiedenen Arbeitsbedingungen des Stromrichters. Andere Anordnungen haben
sich als zu träge oder als zu kompliziert und teuer erwiesen.
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Es ist weiterhin bei Stromrichtern mit Saugtransformatoren vorgeschlagen
worden, die Gleichspannung bzw. den Gleichstrom jedes Teilstromrichters oder die
Differenz dieser Größen von zwei Teilstromrichtern zur Beeinflussung der Steuerkreise,
insbesondere der Gitterkreise, der Teilstromrichter zu verwenden, um eine symmetrische
Stromverteilung zu erzielen. Bei dieser Lösung wird der Einfluß der am Saugtransformator
auftretenden Wechselspannungskomponente kompensiert.
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Die Erfindung beseitigt diese Mängel. Sie betrifft Stromrichter mit
dampf- oder gasgefüllten Entladungsstrecken und Saugtransformatoren und ist dadurch
gekennzeichnet, daß zur Verhinderung ungleichmäßiger Belastung der einzelnen Entladungsstrecken
oder Teilstromrichter die Steuerkreise der Entladungsstrecken durch die an dem Saugtransformator
entstehende Spannung beeinflußt werden.
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Die Fig. i zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Stromrichter
dient zur Leistungsübertragung von dem mehrphasigen Wechselstromnetz io auf ein
Gleichstromnetz ii. Der Stromrichter enthält Hauptentladungsstrecken r2 bis 17 und
einen Transformator 18. Dieser Transformator 18 ist mit seiner Primärwicklung i9
an das Drehstromnetz angeschlossen und besitzt zwei Gruppen von in Stern geschalteten
Sekundärwicklungen 20 und 21, deren Mittelpunkte über einen Saugtransformator 22
mit dem einen Pol des Gleichstromnetzes 11 (im Mittelpunkt 23) verbunden ist. Der
andere Leiter des Gleichstromnetzes i i ist mit den Kathoden der Hauptentladüngsstrecken
12 bis 17 verbunden. Wenn notwendig; können Sicherungen 24 in Reihe mit den Hauptentladungsstrecken
12 bis 17 angeordnet sein.
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Als Hauptentladungsstrecken dienen vorzugsweise Dampf- oder Gasentladungsstrecken,
die z. B. mit einer Initialzündelektrode 27 ausgerüstet sind. Diese Zündelektroden
bestehen in bekannter Weise aus einem '.Material mit verhältnismäßig großem Widerstand.
Um eine Entladung zwischen der Anode 25 und der Kathode 26 einer solchen Entladungsstrecke
einzuleiten, ist es notwendig, daß ein bestimmter Mindeststrom über den Zündstift
27 fließt.
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Zündkreise 28 bis 33 sind den Hauptentladungsstrecken 12 bis 17 zugeordnet
und können so angeschlossen sein, daß sie die Anodenspannung der Hauptentladungsstrecken
als Spannungsquelle ausnutzen. Jeder dieser Zündkreise enthält eine Hilfsentladungsstrecke
34, die zwischen die Anode 25 und den Zündstift 27 geschaltet sind. Außerdem können
zur Verhinderung eines überstromes eine Sicherung 35, ein Widerstand 36 und ein
induktiver Widerstand 37 vorgesehen sein. Die Sicherung 35 schützt die Entladungsstrecken
34, während der Widerstand 36 den Strom begrenzt, der durch diese Hilfsentladungsstrecke
in dem Augenblick fließt, in denn die Hauptentladungsstrecke noch nicht gezündet
hat. Der induktive Widerstand 37 vermindert zusammen mit dem der Hilfsentladungsstrecke
parallel geschalteten Kondensator 38 hochfrequente Schwingungen, die wegen der Gefahr
der Rundfunkstörungen sehr unerwünscht sind. Die I-iilfsentladungsstrecken 34 sind
vorzugsweise gittergesteuerte Dampf- oder Gasentladungsstrecken und besitzen beispielsweise
Glühkathoden 40, 41. Im Ausführungsbeispiel dienen als Hilfsentladungsstrecken solche
mit einem Schirmgitter 43, das mit einem Punkt geringerer positiver Spannung als
die Anode verbunden ist, beispielsweise unmittelbar mit der Kathode. Ein Kondensator
44 liegt zwischen der Kathode 40 und dem Steuergitter 42, um unerwünschte, in die
Gitterkreise induzierte Spannungen abzuleiten. Ein strombegrenzender Widerstand
45 kann außerdem im Gitterkreis der Hilfsentladungsstrecken angeordnet sein. Um
den Steuergittern 42 der Hilfsentladungsstrecken 34 Wechselspannungen mit vorzugsweise
gegenüber der Anodenspannung nacheilender Phasenlage zuzuführen, ist ein Steuertransformator
46 vorgesehen, der Primärwicklungen 47 und zwei Gruppen von Sekundärwicklungen 48
und 49 besitzt. Die Primärwicklung 47 kann von irgendeinem geeigneten Drehstromnetz
gespeist werden, das die gleiche Frequenz besitzt wie das Drehstromnetz io und eine
gegenüber diesem Drehstromnetz feste Phasenlage; sie kann aber auch unmittelbar
aus dem Drehstromnetz io gespeist werden, wie in dem Ausführungsbeispiel gezeigt
ist. Die Sekundärwicklungen 48 und 49 des Steuertransformators sind in Zickzack
geschaltet, um die nacheilende Phasenverschiebung gegenüber den Anodenspannungen
der Hauptentladungsstrecken zu erzeugen. Es ist bekannt, daß bei fester Phasenlage
der Steuerwechselspannungen die Zündzeitpunkte der Entladungsstrecken durch Gleichspannungen
verändert werden können, die den Sternpunkten der Steuerwicklungen 48 und 49 zugeführt
werden. Eine positive Vorspannung dieser Sternpunkte wird eine frühere Zündung der
Entladung in den Entladungsstrecken 34 hervorrufen, und umgekehrt. Diese Gittervorspannung
wird in dem Ausführungsbeispiel
dem Gittervorspannungsgerät 5o
entnommen, wobei die Höhe der Gittervorspannung mit Hilfe des Schleifenkontaktes
51 einstellbar ist. Der andere Pol des Gittervorspannungsgerätes ist mit den Kathoden
der Hauptentladungsstrecken 12 bis 17 und damit über die Zündstifte 27 dieser Entladungsstrecken
34 verbunden. Wenn gewünscht, kann an Stelle einer veränderlichen Gittervorspannung
und einer festen Gitterwechselspannung auch eine feste Gleichspannung vorgesehen
werden, wobei dann die Phasenlage der Gitterwechselspannungen durch einen geeigneten
Drehtransformator zwischen dem Drehstromnetz io und der Primärwicklung 47 des Steuertransformators
42 geändert wird. Selbstverständlich kann mit einem dieser beschriebenen Mittel
auch eine selbsttätige Regelung, beispielsweise Spannungsregelung der Stromrichteranlage,
durchgeführt werden.
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Zum Ausgleich von Belastungsregelmäßigkeiten der einzelnen Stromzweige
ist gemäß der Erfindung zwischen die Sternpunkte der Steuerwicklungen 48 und 49
ein weiterer Transformator 54 eingefügt, dessen Primärwicklung 5 unmittelbar an
die Spannung des Saugtransformators gelegt ist. Solange die Ströme in den einzelnen
Hauptstromkreisen gleich sind, besitzt die Spannung des Saugtransformators symmetrische
positive und negative Halbwellen, welche, wenn sie so, wie gezeigt, in die Gitterkreise
eingefügt werden, auf jede der Entladungsstrecken die gleiche Wirkung ausüben. Durch
Einfügen dieser Saugtransformatorspannung in die Gitterkreise in dem Sinne, daß
sie die Zündzeitpunkte der einzelnen Entladungsstrecken zu verzögern strebt, wenn
die Belastung gleichmäßig ist, wirkt sie bei Unregelmäßigkeiten in der Lastaufteilung
im Sinne einer Vergleichmäßigung. Bei Belastungsunregelmäßigkeiten ändern sich die
einzelnen Spannungshalbwellen am Saugtransformator sowohl der Größe als auch der
Phasenlage nach, und diese veränderte Saugtransformatorspannung bewirkt, im beschriebenen
Sinne in die Gitterkreise eingefügt, die Widerherstellung des Belastungsgleichgewichtes.
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In Fig. 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Zwei Stromrichter, davon jeder in Zweimal-Dreiphasenschaltung, dienen zur Leistungsübertragung
zwischen dem Drehstromnetz 6o und dem Gleichstromnetz 61. Der Transformator 74 besitzt
vier Gruppen in Stern geschaltete Sekundärwicklungen 76, 77, 78 und 79. Die
Sternpunkte der Wicklung 76 und 77 sind über den Saugtransformator 8o verbunden
und bilden zusammen mit den Hauptentladungsstrecken 62 bis 67 einen Zweimal-Dreiphasengleichrichter.
Entsprechend sind die Sekundärwicklungen 78 und 79 mit ihren Sternpunkten an dem
Saugtransformator 81 angeschlossen, und die freien Wicklungsenden sind über Hauptentladungsstrecken
68 bis 73 mit dem anderen Pol des Gleichstromnetzes verbunden und bilden den zweiten
Zweimal-Dreiphasenstromrichter, der mit dem ersten parallel arbeitet. Die Kathoden
der Entladungsstrecken 62 bis 73 sind zusammengefaßt und an den einen Pol des Gleichstromnetzes
61 angeschlossen, dessen anderer Pol mit den Mittelpunkten der Saugtransformatoren
8o und 81 in Verbindung steht. Drosseln 82 bewirken das einwandfreie Parallelarbeiten
der beiden Stromrichtergruppen. Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, sind die Phasenwicklungen
76 gegenüber den Phasenwicklungen 77 in bekannter Weise in der Phasenlage gegeneinander
versetzt, ebenso die Transformatorwicklungen des zweiten Zweimal-Dreiphasenstromrichters.
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Die Hauptentladungsstrecken 62 bis 73 sind vorzugsweise Dampf- oder
Gasentladungsstrecken und im vorliegenden Beispiel als Entladungsstrecken mit flüssiger
(Quecksilberkathode und einem Zündstift ausgeführt. Um die Entladung in den Hauptentladungsstrecken
einzuleiten, ist jeder dieser Hauptentladungsstrecken ein Zündkreis 86 bis 97 zugeordnet.
Jeder dieser Zündkreise enthält eine Steuerentladungsstrecke 98, die beispielsweise
zwischen die Anode und den Zündstift der Hauptentladungsstrecke geschaltet ist,
wobei außerdem ein Strombegrenzungswiderstand 99 vorgesehen ist. Diese Steuerentladungsstrecken
sind vorzugsweise ebenfalls dampf- oder gasgefüllte Entladungsstrecken, deren Steuerung
durch Gitter ioi erfolgt. Die Freigabe dieser Hilf sentladungsstrecken erfolgt durch
Gittersteuerkreise, die eine Einrichtung zur Erzeugung der negativen Gittervorspannung
(Widerstand 103 und Kondensator 104 in Parallelschaltung) enthalten sowie die Sekundärwicklungen
105 eines Steuertransformators roh und einen Strombegrenzungswiderstand 107. Gegenüber
dem Ausführungsbeispiel der Fig. i ist hier der Steuerkreis elektrisch ohne Zuhilfenahme
der Hauptentladungsstrecken in sich geschlossen. Daher sind die Steuerkreise in
höherem Maße voneinander und von den Vorgängen in den weiteren Hauptkreisen unabhängig.
Die Primärwicklungen io8 der Steuertransformatoren sind in Sternschaltung an das
Drehstromnetz 6o angeschlossen. Sie können naturgemäß auch an ein anderes, zu dem
Drehstromnetz 6o in bestimmter Phasenbeziehung stehendes Netz gelegt werden.. Die
Steu@rtransformatoren io6 sind vorzugsweise bekannte Einrichtungen mit leicht sättigbarem
Kern, die eine Sekundärspannung spitzer Wellenform erzeugen.
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Die Wirkungsweise der Anordnung entspricht ganz der Anordnung nach
Fig. i. Trotz der Saugtransformatoren 80 und 81 und der Drosseln 82 werden
häufig Unregelmäßigkeiten in der Lastverteilung auf die einzelnen Stromzweige auftreten,
sofern nicht die erfindungsgemäße Anordnung zum Ausgleich dieser Unregelmäßigkeiten
vorgesehen ist. Solche Unregelmäßigkeiten treten besonders beim Arbeiten mit geringer
Belastung auf. Gemäß der Erfindung sind die Steuertransformatoren io6 noch mit je
einer zusätzlichen Wicklung iog versehen, die auf den gleichen Schenkel wie die
Sekundärwicklung 105 gewickelt sein mögen. Die Wicklungen iog dieser Steuertransformatoren
86 bis 9i sind in Reihe geschaltet und über den Strombegrenzungswiderstand i io
an die Spannung des Saugtransformators 8o angeschlossen. Die Wick-
Lungen
zog der Steuerkreise 86, 87 und 88 sind mit entgegengesetztem Wicklungssinne gewickelt
wie diejenigen der Steuerkreise 89, go und gz, so daß die Summe der Spannungen,
die in den Wicklungen iog induziert werden, bei gleichmäßiger Lastverteilung Null
ist. Entsprechend sind die Wicklungen iog der Steuerkreise 92 bis 97 untereinander
in Reihe geschaltet und an den Saugtransformator 81 angeschlossen.
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Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist trotz der Verwendung von Steuertransformatoren
zur Erzeugung spitzer Steuerspannungen sehr ähnlich der Anordnung nach Fig. i. Die
höherfrequente Saugtransformatorspannung wird über die Wicklungen iog in dem Sinne
in die Steuerkreise eingeführt, daß sie die Zündzeitpunkte der einzelnen Entladungsstrecken
im normalen Betrieb etwas verzögert. Sowohl die positiven als auch die negativen
Halbwellen der Saugtransformatorspannung werden den Wicklungen iog zugeführt, aber
nur jeweils eine dieser Halbwellen wirkt gerade zu der Zeit, zu der eine Einwirkung
auf die der Wicklung 76 zugeordneten Entladungsstrecken möglich ist, während die
anderen Halbwellen die Zündung der zur Wicklung 77 gehörigen Entladungsstrecken
beeinflussen. Wenn der Strom in den Wicklungen 76 und 77 verschieden ist, ändert
sich auch die Spannung des Saugtransformators 8o in dem Sinne, daß die Zündzeitpunkte
derjenigen Entladungsstrecken vorverlegt werden, die den geringeren Strom führen,
und daß die Zündzeitpunkte der überlasteten Entladungsstrecken im nacheilenden Sinne
verändert werden. Diese Wirkung entsteht in beiden Fällen durch die Änderung der
Sättigungsverhältnisse der S teuertransformatoren.
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Aus der vorhergehenden Beschreibung ist zu ersehen, daß mit Hilfe
der vorliegenden Erfindung eine einfache Möglichkeit gegeben ist, durch Ausnutzung
der Spannungen am Saugtransformator einen selbsttätigen Belastungsausgleich zwischen
den einzelnen Entladungsstrecken bzw. Teilstromrichtern eines mehrphasigen Stromrichters
zu erzielen. Durch diese Regelung treten praktisch keine zusätzlichen Verluste in
den Stromrichterkreisen auf, und trotzdem steht eine Regelspannung von geeigneter
Leistungsfähigkeit zur Erzielung des Leistungsausgleichs zur Verfügung.